Foi descoberta uma forma de ultrapassar, na eficiência dos painéis solares, o limite fundamental.

Um novo método permite converter a energia “em excesso” da luz em portadores de carga adicionais, superando o limite clássico

Cientistas propuseram uma forma de contornar uma das principais limitações fundamentais da energia solar - o limite de Shockley-Queisser - a eficiência teórica máxima de uma célula solar, que durante mais de 60 anos foi considerada o teto de desempenho dos dispositivos fotovoltaicos.

Os painéis solares atuais funcionam com base em células fotovoltaicas - semicondutores que transformam a luz em eletricidade. No entanto, mesmo em condições ideais, conseguem aproveitar apenas uma parte da energia da radiação solar. O máximo teórico é de 33%, enquanto os painéis comerciais chegam, em regra, a cerca de 25%.

Esta limitação está ligada à própria natureza da luz e à termodinâmica. A radiação solar abrange um amplo espectro de energias, mas as células fotovoltaicas só conseguem converter de forma eficiente uma faixa relativamente estreita. Os fotões com energia insuficiente atravessam o material, enquanto os mais energéticos dissipam o excesso sob a forma de calor.

Num novo estudo, investigadores do Japão e da Alemanha apresentaram uma forma de aproveitar a parte do espectro que até aqui era vista como “perdida”. Trata-se da luz azul de alta energia, que em condições normais não é convertida em eletricidade de modo eficiente.

Os cientistas demonstraram que, ao incidir este tipo de luz sobre um composto especial, é possível “dividir” a energia de um único fotão em duas excitações úteis. Como resultado, foi alcançada uma eficiência de cerca de 130% - ou seja, por cada 100 fotões absorvidos obtêm-se 130 portadores de energia.

Um papel central neste processo é desempenhado pelo fenómeno da fissão singlete. Este mecanismo permite que um estado excitado dê origem a dois, aumentando assim o número de portadores de carga sem elevar o número de fotões absorvidos.

Para implementar o método, foi utilizada a molécula orgânica tetraceno em combinação com o elemento metálico molibdénio. O tetraceno já tinha sido usado anteriormente em trabalhos com luz de alta energia, mas esses sistemas enfrentavam problemas de estabilidade e de funcionamento prolongado. Segundo os autores, a adição de molibdénio permitiu ultrapassar essas limitações.

Um dos autores do estudo, o químico Yoichi Sasaki, da Universidade de Kyushu, explicou que existem duas abordagens principais para ultrapassar o limite de Shockley-Queisser. A primeira consiste em converter fotões infravermelhos de baixa energia em fotões mais energéticos. A segunda passa por recorrer à fissão singlete para obter duas excitações a partir de um único fotão, precisamente a estratégia aplicada neste trabalho.

A investigação encontra-se, para já, numa fase laboratorial. Os resultados obtidos mostram a possibilidade de contornar, em termos de princípio, esta limitação fundamental, mas a sua aplicação prática em painéis solares comerciais ainda está distante.

Ainda assim, este é um dos passos mais relevantes na revisão de um limite que durante muito tempo foi considerado inultrapassável. Se a tecnologia vier a ser escalada, poderá alterar a forma como as células fotovoltaicas são concebidas e aumentar a eficiência da energia solar sem exigir uma mudança radical da sua arquitetura de base.